Электрическая емкость конденсатора это

Электроника, электротехника. Профессионально-любительские решения.

Что бы понять, что такое ёмкость электрических проводников, конденсаторов, как элементов схем, давайте сначала посмотрим, что такое вообще ёмкость, как определение?

Говоря о ёмкости, мы чаще всего подразумеваем вместительность. То есть, если рассматривать ёмкость какого либо сосуда, то здесь мы под ёмкостью понимаем количество литров вещества, которое он может вместить. Или, например, количество килограммов конкретного вещества.

Иными словами — ёмкость, это количественная характеристика, отражающая способность какого либо транспортного объекта размещать в себе транспортируемое вещество. Ещё проще, ёмкость — это вместительность.

В нашем случае речь пойдёт о ёмкости электрического конденсатора.

Электрический конденсатор.

Электрический конденсатор — электротехническое устройство, предназначенное для быстрого накопления, хранения и отдачи электрической энергии. В электронике и электротехнике имеет самое разнообразное целевое назначение. В мощных энергетических системах электроснабжения используются для компенсации реактивной мощности, генерируемой индуктивностью протяжённых линий электропередач. В различных электротехнических решениях конденсаторы применяют для смещения фазы напряжения или тока, поглощения высокочастотных гармоник питающего переменного напряжения, снижения уровня пульсаций по постоянному напряжению в блоках питания бытовой и промышленной электроники, фильтрации сигнала, в качестве времязадающих цепей, и для многого другого.

Характеристики электрического конденсатора.

Основными характеристиками электрических конденсаторов являются их электрическая ёмкость и номинальное (рабочее) напряжение.

Электрическая ёмкость конденсатора характеризует количество электрической энергии, которую он способен запасти. Электрическая энергия в конденсаторах накапливается в виде электронов. Иными словами, чем больше электронов способен уместить в себе конденсатор, тем больше его ёмкость, и наоборот.

Номинальное (рабочее) напряжение характеризует свойство материала диэлектрика, применяемого в конструкции конденсаторов и задаёт диапазон напряжений, в которых они могут работать. При заряде конденсатора до напряжения, даже не значительно превышающего номинальное многократно возрастает риск необратимого пробоя диэлектрика между обкладками конденсатора, в результате чего он неминуемо выходит из строя. Этот фактор является очень важным и требует обязательного учёта при построении радиотехнических и электротехнических устройств!

Единица измерения ёмкости.

Емкость измеряется в Фарадах. Эта единица измерения пошла из классики и связана с Кулоновским «электрическим зарядом». В классической электротехнике принято считать, что электрическая ёмкость в 1 фарад соответствует конденсатору, заряженному электрическим зарядом в 1 кулон при разности потенциалов на его обкладках в 1 вольт. Но, поскольку мы знаем, что электрических зарядов не существует, больше мы данной классической формулировкой пользоваться не будем. Стоит только знать, что ёмкость конденсатора напрямую зависит от количества электронов, которые он способен накопить в нормальном режиме работы. С одной стороны Фарады можно было бы поменять на мегаэлектроны, или, например, гигаэлектроны, но мы этого делать не станем, поскольку Фарад принципиально отражает ту же самую ёмкость, только трактуется немного иначе, и на расчёты электрических параметров схем влиять не будет.

Читайте также:  Как сделать огнестрельный пистолет

Обозначения конденсаторов.

Графическое обозначение конденсаторов показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Графическое изображение электрических конденсаторов: а) постоянной ёмкости, общее обозначение; б) постоянной ёмкости поляризованный (электролитический); в) переменной ёмкости; г) подстроечный.

Номиналы конденсаторов чаще всего обозначаются в трех кратностях — микро, пико и нанофарадах:

10 -6 Ф — микрофарад — мкФ — µF

10 -9 Ф — нанофарад — нФ — nF

10 -12 Ф — пикофарад — пФ — pF

В других кратностях обозначение номиналов конденсаторов встречается крайне редко. Но если кому то необходима такая информация, её можно найти в других информационных источниках, например, в википедии.

В частых случаях один номинал на различных конденсаторах может быть указан в различных кратностях. Для того, что бы в дальнейшем не путаться, рекомендую потренироваться переводить номинал конденсатора из одной кратности в другую. Например, ёмкость в 0,01 мкФ тоже самое, что 10 нФ, или 10000 пФ.

Обозначение типов конденсаторов по конструктивному исполнению можно найти например здесь. Эти обозначения имеют вид:

БМ — бумажный малогабаритный
БМТ — бумажный малогабаритный теплостойкий
КД — керамический дисковый
КЛС — керамический литой секционный
КМ — керамический монолитный
КПК-М — подстроечный керамический малогабаритный
КСО — слюдянной опресованный
КТ — керамический трубчатый
МБГ — металлобумажный герметизированный
МБГО — металлобумажный герметизированный однослойный
МБГТ — металлобумажный герметизированный теплостойкий
МБГЧ — металлобумажный герметизированный однослойный
МБМ — металлобумажный малогабаритный
ПМ — полистироловый малогабаритный
ПО — пленочный открытый
ПСО — пленочный стирофлексный открытый

Схемы соединения конденсаторов.

Традиционно можно выделить только две схемы соединения двухполюсников, к которым относятся и большинство конденсаторов, это параллельное и последовательное соединения (рисунок 2 и 3 соответственно).

Рисунок 2. Параллельное соединение конденсаторов.

Рисунок 3. Последовательное соединение конденсаторов.

При параллельном соединении номинальная ёмкость батареи конденсаторов будет равна сумме емкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

Читайте также:  Что такое металлопластиковая труба

С12+. +Сn, где n — порядковая нумерация конденсаторов по схеме.

При последовательном соединении конденсаторов всё немного сложнее, здесь ёмкость батареи в целом будет заметно меньше самой наименьшей ёмкости из всего набора, входящего в схему. При этом справедливо соотношение:

1/С∑=1/С1+1/С2+. +1/Сn где n — порядковая нумерация конденсаторов по схеме. При желании и должной математической сноровке из данного соотношения можно вычислить ёмкость всей батареи. Последовательная схема соединения конденсаторов чаще применяется для увеличения номинального рабочего напряжения ёмкости схемы.

Принцип работы конденсатора — отдельная, довольно объёмная, но простая для понимания тема, а так же общее устройство конденсаторов рассмотрено в отдельной статье — Электрический конденсатор. Полная описательная теория принципа работы. Русская версия. .

Сообщённый проводнику заряд q распределяется по его поверхности так, что напряжённость поля внутри проводника равна нулю. Если проводнику сообщить такой же заряд q, то он распределится по поверхности проводника. Отсюда вытекает, что потенциал проводника пропорционален находящемуся на нём заряду:

Коэффициент пропорциональности С называют электроёмкостью:

(12.50)

Электроёмкость проводника или системы проводников – физическая величина, характеризующая способность проводника или системы проводников накапливать электрические заряды.

Единица электроёмкости – фарад (Ф).

Для примера рассчитаем электроёмкость уединённого проводника, имеющего форму сферы. Используя соотношение между потенциалом и напряжённостью электростатического поля, запишем

(12.51)

R – радиус сферы.

При вычислении полагаем, что φ=0. Получаем, что электроёмкость уединённой сферы равна

(12.52)

Из соотношения видно, что электроёмкость зависит как от геометрии проводника, так и от относительной диэлектрической проницаемости среды.

Конденсаторы – это система из двух проводников, обкладок, разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Тогда электрическое поле, создаваемое зарядами на конденсаторе, будет практически целиком сосредоточено между его обкладками (рис.12.33). Электроёмкость определяется геометрией конденсатора и диэлектрическими свойствами среды, заполняющей пространство между обкладками.

По форме исполнения различают плоские, цилиндрические, сферические и слоистые конденсаторы.

Плоские конденсаторы (рис.12.34). Электроёмкость плоского конденсатора

(12.53)

(S – площадь обкладка конденсатора, d — расстояние между обкладками, ε — относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющая пространство между обкладками).

Цилиндрические конденсаторы (рис.12.35). Электроёмкость цилиндрического конденсатора

(12.54)

(R1 и R2 – радиусы аксиальных цилиндров, ℓ- длина образующей цилиндров).

Читайте также:  Биосферные поселения в россии

Сферические конденсаторы (рис.12.36). Электроёмкость сферического конденсатора

(12.55)

(R2 и R1 – радиусы сферы; ε — относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между сферами).

Слоистые конденсаторы. Электроёмкость слоистого конденсатора, т.е. конденсатора, имеющего слоистый диэлектрик,

(12.56)

Для получения необходимой электроёмкости конденсаторы соединяют в батарею. Различают два соединения конденсаторов: параллельное и последовательное.

При параллельном соединении конденсаторов общий заряд батареи равен

q = q1+q2+q3, но так как q1 = UABC1; q2 = UABC2; qn = UABCn, то q = UAB (C1+ C2+…+ Cn), откуда т.е.

При параллельном соединении конденсаторов электроёмкость батареи равна сумме электроёмкостей, включённых в неё:

(12.57)

Припоследовательном соединении заряд батареи равен

напряжению между точками А и В

откуда

При последовательном соединении конденсаторов электроёмкость батареи

(12.58)

Электроемкость.

Электроемкостью проводника С является численная величина заряда, которую нужно сооб­щить проводнику, чтобы изменить его потенциал на единицу:

.

Емкость характеризует возможность проводника накапливать заряд. Она зависима от формы проводника, его линейных размеров и свойств среды, которая окружает проводник.

Единица емкости в СИ — фарада (Ф) — емкость проводника, в котором изменение заряда на 1 кулон изменяет его потенциал на 1 вольт.

Электрический конденсатор.

Электрический конденсатор (от лат. condensare, буквально — сгущать, уплотнять) — устройство, которое предназначено для получения электрической емкости заданной величины, которое способное накапливать и отдавать (перераспределять) электрические заряды.

Конденсатор — это система из 2х либо нескольких равномерно заряженных проводников с равными по величине зарядами, разделенных слоем диэлектрика. Проводники являются обкладками конденсатора. Обычно, расстояние между обкладками, которое равно толщине диэлект­рика, гораздо меньше размеров этих обкладок, таким образом, поле в конденсаторе почти все сосредоточено между его обкладками. Если обкладки оказываются плоскими пластинами, поле меж­ду ними однородно. Электроемкость плоского конденсатора определяют при помощи формулы:

.

где q — заряд конденсатора, U — напряжение между его обкладками, S — площадь пластины, d — расстояние между пластинами, ɛ— электрическая постоянная, ɛ — диэлектрическая проницаемость среды.

Под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из пластин. Электроемкость батареи конденсаторов при параллельном соединении равна сумме электроемкостей отдельных конденсаторов:

При последовательном соединении конденсаторов складываются обратные величины электро­емкостей:

.

Видно, что электроемкость батареи из последовательно соединенных конденсаторов меньше электроемкости любого из конденсаторов, а при параллельном — больше.

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock detector